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摘要：本文分别阐述了软土不排水抗剪强度室内外直接测定的几种常用方法及特点，并通过工程实例对比分析了几种方法所得测试值及不同测试值所计算的土压力，最后对软土基坑支护设计中软土不排水抗剪强度如何合理取值提出了建议。
关键词：软土、基坑、不排水抗剪强度
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
1前言
软土场地是一种对工程建设较不利的场地，许多工程事故都是由软土地基或基坑的不稳定引起的，在软土地区的基坑工程中，如何选取不排水抗剪强度值一直是岩土工程界讨论的一个问题，不排水抗剪强度的合理取值对基坑工程的安全性、经济性有着重要的影响。因此准确选择其抗剪强度参数显得尤为重要。
目前，工程中直接测定软土不排水抗剪强度参数的方法主要有两类：一类是原位测试法，主要是十字板剪切试验；另一类为室内试验法，如直剪试验（包括快剪、固结快剪）、三轴剪切试验（包括UU、CU试验）等。
对于基坑工程中软土抗剪强度指标的取值，目前仍然存在一定争议，如《建筑地基基础设计规范》规定：对淤泥及淤泥质土，应采取三轴不固结不排水抗剪强度[1]；《建筑基坑支护技术规程》规定：对于软土，规定一般采取三轴试验，但有可靠经验时可用简单方便的直剪试验[2]；而《软土地区岩土工程勘察规程》规定：勘察报告应提供不固结不排水抗剪强度指标或十字板原位测试指标，有经验的地区，宜提供固结不排水抗剪强度指标或直接快剪强度指标[3]；还有其他一些规范中也对取值有不同要求。因此，软土基坑设计时抗剪强度采用哪种测试值最符合实际仍是一个值得探讨的问题。
本文分别阐述了软土不排水抗剪强度室内外直接测定的几种常用方法及特点，并通过工程实例对比分析了几种方法所得测试值及不同测试值所计算的土压力，最后对软土基坑支护设计中软土不排水抗剪强度如何合理取值提出了几点建议和意见。
2测试方法及特点
2.1十字板剪切试验
十字板剪切试验是一种测定软土不排水抗剪强度的原位测试方法，其原理是将十字板头通过自钻孔或预钻孔压入软土中，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形的破坏面，测出土的抵抗力矩，从而换算而得土的不排水抗剪强度。目前我国使用的十字板有机械式和电测式两种。
由于十字板剪切试验不需采取土样，特别对于难以取样的灵敏性高的软粘性土，它可以在现场基本保持天然应力状态下进行扭剪，被认为是一种较为有效的、可靠的现场测试方法，与室内试验相比，土体受扰动程度较小，而且试验简便。但对于不均匀土层，特别是夹有薄层砂土或粉土的软粘性土，十字板剪切试验所测得的不排水抗剪强度会有较大的误差，偏于不安全。因此将十字板试验所得的抗剪强度直接用于工程实践中时，就必须考虑一些影响因素并决定是否加以适当修正。
影响十字板剪切试验成果的因素很多，如十字板厚度、间歇时间和扭转速率等，可以通过技术标准加以控制。但有些因素是无法人为控制的，例如：土的各向异性，剪切面剪应力的非均匀分布等，这些因素的影响大小，与土类、土的塑性指数和灵敏度有关。塑性指数越高，灵敏度越大，各因素的影响也大，故对于高塑性和灵敏高的软粘土，应对十字板剪切试验的成果进行修正。
2.2直剪试验
直剪试验是将环刀切取的土试样置入剪切盒中进行剪切，通过不同垂直压力作用下的剪切试验获得抗剪强度参数。直剪试验在应变控制式直剪仪中进行，直剪仪由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计和位移量测系统组成[4]。
采用直剪试验测定不排水抗剪强度有快剪和固结快剪两种试验方法。快剪是试样在垂直压力施加后立即以0.5mm/min的剪切速度进行剪切至试验结束，使试样在3~5min内剪损。固结快剪是试样在垂直压力试样固结变形稳定后再按剪切方法进行剪切。
直剪试验仪器结构简单，操作方便，但缺点也明显：⑴剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱面剪切破坏；⑵剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象；⑶剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却是按土样的原始截面积计算的；⑷试验时不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压力[5]。
2.3三轴剪切试验
三轴剪切试验是在圆柱形试样上施加轴向应力σ1和周围压力σ3，保持其中之一不变（一般是σ3）改变另一主应力，使试样中的剪应力逐渐增大直至剪切破坏，求得土的抗剪强度。跟直剪试验一样，根据是否使试样先固结再剪切，采用三轴剪切试验测定不排水抗剪强度也有两种试验方法：不固结不排水剪（UU）和固结不排水剪（CU）。
三轴剪切试验较直剪试验有明显优点：⑴试验中能严格控制试样排水并测定孔隙水壓力变化；⑵剪切面不固定；⑶应力状态比较明确；其主要缺点是操作相对复杂[5]。
3工程实例分析
3.1不排水抗剪强度测试值
某建筑工程地下2层，基坑开挖深度约10m。浅部土层分布情况：①层素填土，分布厚度1.2~1.8m；②层淤泥质粉质粘土，分布厚度4.6~6.2m；③层淤泥质粘土分布厚度8.5~9.5m。勘察期间现场对②层淤泥质粉质粘土和③层淤泥质粘土进行了十字板剪切试验，并采取土试样进行室内快剪、固结快剪及三轴UU、CU试验，分别得到不排水抗剪强度。各种方法所得不排水抗剪强度测试值（平均值）见表1。
不排水抗剪强度测试值表1
3.2 土压力计算
利用不同测试方法得到的不排水抗剪强度值计算各分层界面处的土压力，其中基坑开挖面以上按主动土压力计算，开挖面以下只计算被动土压力。各土层分层界面处土压力计算结果见表2（本文土压力计算中不考虑地下水，①层素填土层底土压力未计算）。
各土层分层界面处土压力计算值表2
4结论
根据测试结果，室内试验所得不排水抗剪强度相对原位测试（十字板剪切试验）偏小。原因主要有两点：一是原位测试是在天然应力状态下进行的，而室内试验则是在改变了其原有应力状态下进行的；二是试样在取样、运输和制样过程中不可避免的会产生一定程度的扰动，而采用原位测试时，土体受扰动程度小很多，结果也相对可靠。
从土压力计算结果可以看出，相对于用十字板剪切试验指标计算所得的土压力而言，利用三轴UU试验指标计算所得的主动土压力明显偏大，而被动土压力明显偏小，结果偏于安全；用三轴CU试验指标计算所得的主动土压力明显偏小，被动土压力明显偏大，结果偏于不安全；而用固结快剪指标计算所得的土压力均略偏小。
对于软土基坑，开挖周期较短时，不固结不排水剪试验与实际工况的应力路径较一致，进行基坑整体稳定性验算时宜采用不固结不排水剪试验指标；考虑工程经济性，进行土压力计算时，在有经验的基础上，可采用固结快剪试验指标。
很多基坑工程事故都与土体的不均匀性、结构性等因素有关，室内试验很难模拟。因此，对于大型或重要的工程应尽量采取原位测试和室内试验相结合的测试手段，互相对比，结合本地经验，合理确定参数。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范 GB50007-2011
[2]中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程 JGJ120-2012
[3]中华人民共和国行业标准.软土地区岩土工程勘察规程 JGJ83-2011
[4]中华人民共和国水利部主编.土工试验方法标准GB/T 50123-1999
[5]常士骠，张苏民主编.工程地质手册（第四版）.北京：中国建筑工业出版社，2007
关键词：软土、基坑、不排水抗剪强度
中图分类号：TV551.4文献标识码： A 文章编号：
1前言
软土场地是一种对工程建设较不利的场地，许多工程事故都是由软土地基或基坑的不稳定引起的，在软土地区的基坑工程中，如何选取不排水抗剪强度值一直是岩土工程界讨论的一个问题，不排水抗剪强度的合理取值对基坑工程的安全性、经济性有着重要的影响。因此准确选择其抗剪强度参数显得尤为重要。
目前，工程中直接测定软土不排水抗剪强度参数的方法主要有两类：一类是原位测试法，主要是十字板剪切试验；另一类为室内试验法，如直剪试验（包括快剪、固结快剪）、三轴剪切试验（包括UU、CU试验）等。
对于基坑工程中软土抗剪强度指标的取值，目前仍然存在一定争议，如《建筑地基基础设计规范》规定：对淤泥及淤泥质土，应采取三轴不固结不排水抗剪强度[1]；《建筑基坑支护技术规程》规定：对于软土，规定一般采取三轴试验，但有可靠经验时可用简单方便的直剪试验[2]；而《软土地区岩土工程勘察规程》规定：勘察报告应提供不固结不排水抗剪强度指标或十字板原位测试指标，有经验的地区，宜提供固结不排水抗剪强度指标或直接快剪强度指标[3]；还有其他一些规范中也对取值有不同要求。因此，软土基坑设计时抗剪强度采用哪种测试值最符合实际仍是一个值得探讨的问题。
本文分别阐述了软土不排水抗剪强度室内外直接测定的几种常用方法及特点，并通过工程实例对比分析了几种方法所得测试值及不同测试值所计算的土压力，最后对软土基坑支护设计中软土不排水抗剪强度如何合理取值提出了几点建议和意见。
2测试方法及特点
2.1十字板剪切试验
十字板剪切试验是一种测定软土不排水抗剪强度的原位测试方法，其原理是将十字板头通过自钻孔或预钻孔压入软土中，以一定的速率旋转，在土层中形成圆柱形的破坏面，测出土的抵抗力矩，从而换算而得土的不排水抗剪强度。目前我国使用的十字板有机械式和电测式两种。
由于十字板剪切试验不需采取土样，特别对于难以取样的灵敏性高的软粘性土，它可以在现场基本保持天然应力状态下进行扭剪，被认为是一种较为有效的、可靠的现场测试方法，与室内试验相比，土体受扰动程度较小，而且试验简便。但对于不均匀土层，特别是夹有薄层砂土或粉土的软粘性土，十字板剪切试验所测得的不排水抗剪强度会有较大的误差，偏于不安全。因此将十字板试验所得的抗剪强度直接用于工程实践中时，就必须考虑一些影响因素并决定是否加以适当修正。
影响十字板剪切试验成果的因素很多，如十字板厚度、间歇时间和扭转速率等，可以通过技术标准加以控制。但有些因素是无法人为控制的，例如：土的各向异性，剪切面剪应力的非均匀分布等，这些因素的影响大小，与土类、土的塑性指数和灵敏度有关。塑性指数越高，灵敏度越大，各因素的影响也大，故对于高塑性和灵敏高的软粘土，应对十字板剪切试验的成果进行修正。
2.2直剪试验
直剪试验是将环刀切取的土试样置入剪切盒中进行剪切，通过不同垂直压力作用下的剪切试验获得抗剪强度参数。直剪试验在应变控制式直剪仪中进行，直剪仪由剪切盒、垂直加压设备、剪切传动装置、测力计和位移量测系统组成[4]。
采用直剪试验测定不排水抗剪强度有快剪和固结快剪两种试验方法。快剪是试样在垂直压力施加后立即以0.5mm/min的剪切速度进行剪切至试验结束，使试样在3~5min内剪损。固结快剪是试样在垂直压力试样固结变形稳定后再按剪切方法进行剪切。
直剪试验仪器结构简单，操作方便，但缺点也明显：⑴剪切面限定在上下盒之间的平面，而不是沿土样最薄弱面剪切破坏；⑵剪切面上剪应力分布不均匀，土样剪切破坏先从边缘开始，在边缘发生应力集中现象；⑶剪切过程中，土样剪切面逐渐缩小，而计算抗剪强度时却是按土样的原始截面积计算的；⑷试验时不能严格控制排水条件，不能测量孔隙水压力[5]。
2.3三轴剪切试验
三轴剪切试验是在圆柱形试样上施加轴向应力σ1和周围压力σ3，保持其中之一不变（一般是σ3）改变另一主应力，使试样中的剪应力逐渐增大直至剪切破坏，求得土的抗剪强度。跟直剪试验一样，根据是否使试样先固结再剪切，采用三轴剪切试验测定不排水抗剪强度也有两种试验方法：不固结不排水剪（UU）和固结不排水剪（CU）。
三轴剪切试验较直剪试验有明显优点：⑴试验中能严格控制试样排水并测定孔隙水壓力变化；⑵剪切面不固定；⑶应力状态比较明确；其主要缺点是操作相对复杂[5]。
3工程实例分析
3.1不排水抗剪强度测试值
某建筑工程地下2层，基坑开挖深度约10m。浅部土层分布情况：①层素填土，分布厚度1.2~1.8m；②层淤泥质粉质粘土，分布厚度4.6~6.2m；③层淤泥质粘土分布厚度8.5~9.5m。勘察期间现场对②层淤泥质粉质粘土和③层淤泥质粘土进行了十字板剪切试验，并采取土试样进行室内快剪、固结快剪及三轴UU、CU试验，分别得到不排水抗剪强度。各种方法所得不排水抗剪强度测试值（平均值）见表1。
不排水抗剪强度测试值表1
3.2 土压力计算
利用不同测试方法得到的不排水抗剪强度值计算各分层界面处的土压力，其中基坑开挖面以上按主动土压力计算，开挖面以下只计算被动土压力。各土层分层界面处土压力计算结果见表2（本文土压力计算中不考虑地下水，①层素填土层底土压力未计算）。
各土层分层界面处土压力计算值表2
4结论
根据测试结果，室内试验所得不排水抗剪强度相对原位测试（十字板剪切试验）偏小。原因主要有两点：一是原位测试是在天然应力状态下进行的，而室内试验则是在改变了其原有应力状态下进行的；二是试样在取样、运输和制样过程中不可避免的会产生一定程度的扰动，而采用原位测试时，土体受扰动程度小很多，结果也相对可靠。
从土压力计算结果可以看出，相对于用十字板剪切试验指标计算所得的土压力而言，利用三轴UU试验指标计算所得的主动土压力明显偏大，而被动土压力明显偏小，结果偏于安全；用三轴CU试验指标计算所得的主动土压力明显偏小，被动土压力明显偏大，结果偏于不安全；而用固结快剪指标计算所得的土压力均略偏小。
对于软土基坑，开挖周期较短时，不固结不排水剪试验与实际工况的应力路径较一致，进行基坑整体稳定性验算时宜采用不固结不排水剪试验指标；考虑工程经济性，进行土压力计算时，在有经验的基础上，可采用固结快剪试验指标。
很多基坑工程事故都与土体的不均匀性、结构性等因素有关，室内试验很难模拟。因此，对于大型或重要的工程应尽量采取原位测试和室内试验相结合的测试手段，互相对比，结合本地经验，合理确定参数。
参考文献
[1]中华人民共和国国家标准.建筑地基基础设计规范 GB50007-2011
[2]中华人民共和国行业标准.建筑基坑支护技术规程 JGJ120-2012
[3]中华人民共和国行业标准.软土地区岩土工程勘察规程 JGJ83-2011
[4]中华人民共和国水利部主编.土工试验方法标准GB/T 50123-1999
[5]常士骠，张苏民主编.工程地质手册（第四版）.北京：中国建筑工业出版社，2007